材料成形原理第1章
华科 材料成型原理 第1章绪论及第2章金属塑性变形的物理本质
11~16
150
294~315
LY11
11~16
150
340~350
LY11
31
65
308
3．变形程度 4．应力状态
σ1-σ2
大
σ1-σ2
大
气
气
压
压
图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 （a）大理石；（b）红砂石； —轴向压力； —侧向压力
5．变形状态
图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响
（a）未变形的情况；（b）经两向压缩—向延伸变形后的情况； （c）经—向压缩两向延伸后的情况
Nabarro
蠕变
弹性区
（N扩ab散ar流ro蠕变变）
变形机制图
（a）纯银和（b）锗给出不同变形机制起控制作用的应力-温度区间， 两种材料的晶粒尺寸皆为32μm
以10-8/s的应变速率来确定弹性边界
§2. 2 塑性加工中金属的 组织与性能
2. 2. 1 冷变形 2. 2. 2 热变形 2. 2. 3 塑性变形对固态相变的影响
➢ 塑性映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
➢铅---------------塑性好，变形抗力小
➢不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 ➢白口铸铁----塑性差，变形抗力高
➢ 结论：塑性与柔软性不是同一概念
为什么要研究金属的塑性？
塑性变形—影响大（加工硬化、晶粒 细化、位错密度增加、形成织构等） ➢ 变形机理：弹性变形—原子间距的变化；
塑性变形—位错运动为主 ➢ 弹塑性共存：整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变
形的发生必先经历弹性变形；在材料加工过程中，工件的塑
性变形与工模具的弹性变形共存。
材料成形原理1、2、3章
毛细管现象：
将内径很细的玻璃管，插入能润湿玻璃管的液体中，则管内液面上升，且呈凹面状；...
产生部位：
狭窄管口，裂缝和细孔
浇铸薄小铸件时必须提高浇注温度和压力，以克服附加压力的阻碍。
金属凝固后期，枝晶间存在的微小液膜小至微米时，表面张力对铸件的凝固过程的补缩状况对金属是否出现热裂缺陷具有重大影响。
或：
液态成形是液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求的毛坯或零件的工艺技术。
液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又与外界条件密切相关，是各种因素的综合反映，充型能力可以通过改变外界条件提高。
液态金属本身的流动能力称为流动性，是由金属的成分、温度、杂质含量决定的，可认为是确定条件下的充型能力。流动性越好，气体和杂质越易于上浮，使金属得以净化，良好的流动性有利于防止缩孔缩松热裂等缺陷。流动性越好，充型能力越强。
充型压头：
增加金属静压头的方法提高充型能力，也可采用压力铸造、低压铸造、真空吸铸。
浇注系统的结构：
结构越复杂，流动阻力越大，在静压头相同的情况下充型能力越差。
设计浇注系统时，要合理安排内浇道在铸件上位置，选择恰当的浇注系统结构和组件的断面积。
4.铸件结构方面的因素：
铸件的折算厚度：
铸件壁越薄，折算厚度越小，越不容易被充满。垂直壁易充满，要正确选择浇注位置。
铸件的凝固时间是指液态金属充满铸型时刻至凝固完毕所需要的时间。
凝固速度：
单位时间凝固层增长的厚度。
xx定律：
铸件凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比。
金属型的凝固系数一般较大。
折算厚度法则考虑到了铸件形状这个因素，因而它更接近实际，是对平方根定律的修订和发展。
液态金属的凝固形核及生长方式
材料成型原理
材料成型原理第1章液态金属的结构与性质物相由界面包围的具有一定成分和结构的均匀体组织物相的机械混合物润湿性是指存在两种互不相溶液体，液体首先润湿固相表面的能力，即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性压力差物体两侧所受压力的差值现代晶体学表明，晶体的原子一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，表现出平移对称性特征，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动，相对于晶体这种原子有序排列，气体的分子原子，不停的做无规律运动。
液体表现出长程无序特征，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
偶分布函数的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的概率。
晶态固体因原子以特定方式周期排列，其偶分布函数以相应的规律呈分立的若干尖锐峰，液体的g(r)出现若干衰减的钝化峰，直至几个原子间距后趋于直线g(r)等于1。
由于能量起伏，液体中大量不停游动着的局域有序原子团簇，时聚时散，此起彼伏，而存在结构起伏，实际金属的现象，还要复杂的多，除了能量起伏及结构起伏，还同时存在着浓度起伏。
长程有序：液体的原子相对于周期有序的晶体固态是不规则的，液体结构宏观上不具有平移、对称性。
黏度是液体内摩擦阻力大小的标志，黏度的物理意义可以视为：作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。
表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。
黏度的意义：黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。
影响钢铁材料的脱硫，脱磷，扩散脱氧。
熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。
影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。
影响精炼效果，夹杂、气孔的形成。
表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。
表面是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。
表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，前者指液体或固体与气体之间的交界面。
原子间结合力越大，表面内能越大，因此表面自由能越大，表面张力也就越大。
材料成型基本原理完整版
第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。
Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。
层流比紊流消耗能量大。
2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。
润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。
3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。
4充型能力：充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充型能力。
5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。
化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。
6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。
能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。
结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。
浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。
华中科技大学-材料成型原理考试重点详解
第一篇第一章液态金属的结构和性质1.凝固不过只是一种相变过程，即物质从液态转变成固态的过程称为凝固。
2.相变不只是发生在固相、液相、气相三相之间，在固相中间也是会有相变，即同素异构转变。
3.对金属晶体加热以后，晶体受热膨胀，若对晶体进一步加热，则达到激活能数值的原子数量也进一步增加。
原子离开点阵后，即留下自由点阵—空穴。
空穴的产生，造成局部地区的势垒的减少，使得邻近的原子进入空穴位置，这样就是造成空穴的位移。
在熔点附近，空穴数目可以达到原子总数的1%。
这样在实际晶体中，除按一定点阵排列外，尚有离位原子与空穴。
当这些原子的数量达到某一数量值时，首先在晶界处的原子跨越势垒而处于激活状态，以致能脱离晶粒的表面而向邻近的晶粒跳跃，导致原有晶粒失去固定形状与尺寸，晶粒间可出现相对流动，称为晶界粘性流动。
液态金属中的原子排列，在几个原子间距的小范围内与固态原子基本一致，而远离原子后就完全不同于固态，这个就称为“近程有序”、“远程无序”。
固态的原子为远程有序。
4.在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属要吸收大量的热量，称为熔化潜热。
5.固态金属的加热熔化符合热力学规律：Eq=d(U+pV)=dU+pdV=dHdS=Eq/T,其大小描述了金属由固态变成液态时原子由规则排列变成非规则排列的紊乱程度。
6.熵值变化是系统结构紊乱性变化的量度。
7.液态金属的结构：纯金属结构是由原子集团、游离原子和空穴组成；液态金属的结构是不稳定的，而是处于瞬息万变的状态，这种原子集团与空穴的变化现象称为“结构起伏”，同时还存在大量的能量起伏。
实际液态金属极其复杂，其中包括各种化学成分的原子集团、游离原子、空穴、夹杂物及气泡，是一种“浑浊”的液体。
存在温度起伏、结构起伏和成分起伏。
8.液态金属的性质：⑴粘度：实质上就是原子间作用力，影响因素①化学成分 一般的难熔化合物的物体粘度高，而熔点低的共晶成分合金的粘度低；②温度 液态金属的粘度随温度的升高而降低；③非金属夹杂物 液态金属中固态的非金属夹杂物使液态金属的粘度增加，主要是因为夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体系，液相流动时的内摩擦力增加所致。
材料成型原理
原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸
加热
温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子 金属由固态转变为液态
体积膨胀，电阻、粘度发生变化
3
表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
4
液态金属在结构上更像固态而不 是气态，原子之间仍然具有很高的 结合能。
5
§1-2 液态金属的结构
流体在层界面上的质点相对另一层界面上
质点作相对运动时，会产生摩擦阻力
10
牛顿粘性定律
dVx Fx A dy
dVx dy
11
τ
0
d u /d y
A -牛顿流体； B -假塑性流体； C -宾汉塑性流体； D -胀塑性流体；
牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系
12
粘度
Fx dVx dVx A dy dy
27
2.表面张力及其产生的原因
表面张力：在液体表面内产生的平行于液体 表面、且各向相等的张力
表面张力是气/液界面现象，它的的大小与 液相和气相的性质有关
产生根源：表面层的分子或原子受力不均，
质点（分子、原子等）间作用力不平衡引起的
实质：物体倾向于减小其表面积而产生的力
28
由于液体表面层内质点受到不平衡力场的作用， 导致表面绷紧或弯曲，使表面内产生了多余的 表面能 当外界所做的功仅用来抵抗表面张力而使系统 表面积增大时，该功的大小则等于系统自由能 的增量
N s m
2
粘度的物理意义：作用于液体表面的应力τ 与垂直于该平面方向上的速度 梯度的比例系数 液体粘度常用单位为 Pa· S 或 MPa· S
14
富林克尔表达式：Fra bibliotek2k BT
材料成型原理
材料成型原理（金属塑性成形原理）第一章 绪论塑性成形是利用材料的塑性而获得所需形状与尺寸的工件的一种加工方法。
塑性成形又称为塑性加工与压力加工。
金属塑性加工的主要优点：○1结构致密，组织改善，性能提高。
○2材料利用率高，流线分布合理。
○3精度高，可以实现少无切削的要求。
○4生产效率高。
塑性成形原理课程的内容⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧滑移线法主应力法上限法近似方法法求解塑性问题的经典方应变关系应力屈服准则应力分析应变分析塑性力学金属学塑性成形原理、课程特点：以张量理论为基础。
张量理论基础第一节 笛卡儿张量的定义及其代数运算物理量本身是不依赖于坐标系而存在的，而同一物理在不同坐标系中会有不同的数量特征。
张量是一种数学工具，用它来描述物理量及其运动，所得到的数量表征和分析结果，在任何坐标系中都具有不变形式。
我们讨论的是笛卡儿直角坐标系中的张量。
一、 笛卡儿坐标系的基矢笛卡儿坐标系⎩⎨⎧-右手规则321x x x O设e k (k=1、2、3)沿Ox k 轴的单位矢量，称为基矢量或基矢。
定义基矢的点积或标量积：⎩⎨⎧≠==∙lk lk e e kl k .0.11δ kl δ为Kronecker 克氏符号。
定义基矢的叉积或矢量积为：k ijk j i e e e =∈⨯ ijk ∈为置换符号。
⎪⎩⎪⎨⎧-=∈，其它的奇数排列、、为、、，的偶数排列、、为、、，032113211k j i k j i ijk指标ijk 的原始排列顺序为1、2、3，如果将排列中的任意一对相邻指标互换，则称为指标的一次置换。
例如1 2 3给一次置换就成为1 3 2或2 1 3。
如果再互换一对指标，就称为二次置换。
依次类推可以定义指标排列的几次置换。
当几次为奇数时，称为奇置换。
而几为偶数时，称为偶置换。
二、 求和约定任一矢量 i i e e e e μμμμμ=++=332211 ij ij i j ij ij υμυμ=∑∑==3131在三维的欧矢空间内，如果某一指标在同一项中重复出现，就表示要对这个指标从1到3求和。
材料成形原理第二版复习.doc
第一章液态金属的结构与性质1、熔化潜热：在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属要吸收人量的热量，称为熔化潜热。
2、纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子和空穴组成。
3、态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”、“结构起伏”、“能量起伏”、“成分起伏”。
4、影响液态金属粘度的主要因素是化学成分、温度和夹朵物。
第二章液态成形中的流动与传热1、液态金属的充型能力：液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求毛坯或零件的能力。
2、态金属的流动性：液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是由液态金属的成分、温度、朵质含量等决是的，而与外界因素无关。
3、态金属的停止流动机理1）、纯金属和结品温度范围很窄的合金停止流动机理示意图P 24o在金属的过热量未散失尽以前为液态流动（图lc第I区）。
金属液继续流动, 冷的前端在型壁上凝固结壳（图lb）,而后面的金属液是在被加热了的沟道中流动，冷却强度下降。
由于液流通过I区终点时，尚具有一定的过热度，将已凝固的壳重新熔化，为第II区。
所以，该区是先形成凝固壳，乂被完全熔化。
第III 区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区，在该区的终点金属液耗尽了过热热量。
在第IV区里，液相和固相具有相同的温度——结品温度。
由于在该区的起点处结品开始较早，断面上结品完毕也较早，往往在它附近发生堵寒（图lc）o2）、结品温度范围很宽的合金的停止流动机理示意图P24。
在过热热量未散失尽以前，以纯液态流动。
温度下降到液相线以下时，液流中析出品体，顺流前进，并不断长人（图2a）。
液流前端不断与冷的型壁接触，冷却最快，品粒数量最多，使金属液的粘度增加，流速减慢（图2b）。
当品粒达到某一临界数量时，便结成一个连续的网络，液流的圧力不能克服此网络的阻力时，发生堵塞而停止流动（图2c）。
4、影响充型能力的因素:1）金属性质2）铸型性质3）浇注条件4）铸件结构第三章液态金属的凝固形核及生长方式1、液态金属凝固的驱动力是由过冷提供的。
吕书林-材料成型理论基础 1成形原理0
液态成形（铸造）生产的主要过程（铸铁）
冲天炉
熔化工部
废气
工频炉
浇注工部
放置型 芯 造型工部
铸件
冲天炉
熔化
燃烧空气 出铁口
造型
粘土砂
模型
砂箱
自动造型生产线
凝固冷却
浇注
浇包
浇口
砂 芯
落砂工部
落砂
铸件
工艺
3
1、凝固的研究对象
凝固：物质从液态转变成固态的相变过程。
凝固现象的广泛性——金属、塑料、陶瓷等 主要研究对象——液体金属材料成型理论基础 Fra bibliotek材料成形原理)
Theoretical Fundamentals of Materials Processing
教师：吕书林
第一篇 液态成形理论基础
（ Theoretical Fundamentals of LiquidMetals Forming )
绪论（Introduction）
10
编钟——完美的造型、强度、音色
2500年前的战国时代！！！——湖北随州出土 如何通过凝固组织控制——控制音色？？？
11
汽车的心脏—现—代发动工机业生产铝缸的合套机金复器缸合与体材零—料件—剖开显示
12
古代
手工 经验 想像设计 小规模
现代
机械化 科学（全方位透视） 计算机模拟，CAD/CAM 大工业生产及应用
4
水凝结成雪花晶体 ——为什么生长的形态不一样？
5
Growth image of alloys ——为什么生长成树枝？化学元素分布均匀？
6
液体金属（钢水）浇 注后凝固成固体金属 ——组织可以控制吗？ 性能可以改变吗？
材料成形基础原理
第一章液态金属的结构与性质1液体结构宏观上不具备平移、对称性、，表现出长程无序性；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的进程有序。
2实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。
3粘度的意义：作用于液体表面的应tao大小与垂直于该平面方向上的速度梯度（dVx\dy）的比例系数。
4原子间结合力Uo越大，表面内能越大，因此表面的自由能越大，表面张力也就越大。
其熔点和沸点高，其固体和液体的表面能和表面张力也大。
5界面张力大小也可以湿润角（C塔）的大小为标志。
6固-液界面张力（西给吗）越小，cos（C塔）越趋近于1，也就是（C塔）趋近于0，这种情况是湿润的。
总之，不同物质之间结合力越大时，界面张力越小，越容易湿润，其间的接触角越小。
7液态金属表面张力通常随温度升高而下降。
8液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件能力，简称液态金属充型能力。
9液态金属流动性是液态金属的工艺性能力之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
10 影响充型能力的因素a．金属性质方面的因素合金液的比热容、密度越大，热导率越小，停止流动前的时间越长，，故充型能力好。
b．铸型性质方面的因素湿砂型的b2是干砂型的2倍左右。
B2与造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度等因素有关。
c．浇注条件方面的因素浇注温度越高、充型压越大，则液态金属的充型能力越好。
d．铸件结构第二章凝固温度场1 R为铸件的折算厚度，称为“模数”。
杆状>板状>块体>球体模数最大的单元的凝固时间即为铸件的凝固时间。
2凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式和中间凝固方式。
第三章金属凝固热力学与动力学1 溶质平衡分配系数（K）实际k大小受压力、合金类别及成分、微量元素存在的影响。
吕书林-材料成型理论基础 成形原理1ppt课件
毛细管现象由液体对管壁的润湿性引起； 管内液面上升〔下降〕与液面的附加压力有关。
33
表面张力与毛细管现象：
•拉普拉斯—扬方程式 p ( 1 1 )
r1
r2
当曲面是球面一部分时，r1 = r2=R，则得到 附加压力与曲率半径的关系式：
r
p2 R(lg) ghlgh
cos
r R
，代入上式
润湿，时液体上h升 2高 cgo度 rs
20
影响粘度的因素
（1〕金属液的化学成分
Fe-C合金的等粘度线
Al-Si合金的等粘度线
难熔化合物的结合力强，液体粘度较高，熔点前已开始原 子聚集。
低熔点共晶合金的粘度低，异类原子间不结合，且彼此间
减缓对方原子的聚合。
21
（2〕温度
液体金属的粘度随温度升高而降低，对于成分一 定的合金，温度升高，粘度值下降。
40
Let’s turn to next Chapter! 习题：p.22, 1－4，1－6
41
金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次 结晶；金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的 转变称为二次结晶。
17
§1-3 液态金属的性质 1、粘度
《流体力学>已学过
F
V0
Y
液体的牛顿粘性定律
Fx
Advx
dy
Fx
力；A-面积；dvx dy
--速度变化率
18
Fx
A
dvx dy
切应力 τ ηdVx dy
运 动力动粘度
铸型或涂料的选择，应保证金属液体和材料不润湿， 防止金属液渗入铸型缝隙，提高铸件表面光洁度。
润湿与复合材料，润湿与焊缝质量……
35
材料成形原理-第1章 绪论
我们学习的目的不是为了理论解析计算， 因此重点学习塑性成形理论中的一些重 点基本概念；
46
25
金属加工工艺
超塑成形 (Superplastic Forming)
26
金属加工工艺
爆炸成形 (Explosive Forming)
27
金属加工工艺
Magnetic-Pulse Forming
(a)
28
金属加工工艺
蜂窝结构 (Honeycomb Structures)
29
金属加工工艺
34
金属加工工艺
管轧 (Tube-Rolling)
35
金属成形计算机模拟应用
36
金属成形计算机模拟应用
37
金属成形计算机模拟应用
38
金属成形计算机模拟应用
39
手机模具结构分析
40
41
传统金属成形计算方法
滑移线法 上限法 下限法 主应力法*
42
金属成形计算机模拟
主要分类
板料冲压成形模拟 体积成形模拟
挤压与拉拔 (Extrusions)
30
金属加工工艺
锻造 (Forging)
(a)
31
金属加工工艺
轧制 (Roll Forming)
平轧 (Flat-Rolling) 32
金属加工工艺
轧制 (Roll Forming) 型轧
(Shape Rolling)
33
金属加工工艺
环轧 (Ring Rolling)
金属加工工艺
压印 (Embossing)
21
金属加工工艺
精密冲裁 (Fine Blanking)
材料成形原理[1]
![材料成形原理[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6a375fb377232f60dccca144.png)
2、防止和焊缝 2)采用焊接线能量集中的焊接方法 3)采用反变形的方法 4)采用刚性固定法 5)设计合理的坡口形式 6)焊前预热、焊后后热
3.3焊接缺陷 常见的焊接缺陷有： 裂纹（Crack）、气孔（gas pore）、 焊瘤（overlap)、 夹渣（slag inclusion）、咬边（under cut)、 未焊透(incomplete penetration)
与FeO形成复合熔渣，低了熔渣中FeO的活度。因此， 酸性焊条对铁锈（FeO.nH2O)不敏感。 碱性焊条中，含有大量的CaO、BaO等碱性氧化物， SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，熔渣中FeO的活度大， FeO易向焊缝金属中扩散。因此，碱性焊条对铁锈 （FeO.nH2O)不敏感。 （2）置换氧化
4、焊接 应力的影响 1)降低承载能力 2)降低尺寸稳定性 3)降低加工精度 4)诱发应力腐蚀裂纹 5、防止和减小焊接应力的措施 1)尽量减少不必要的焊缝 2)采用合理的焊接顺次 3)焊前预热、焊后后热 4)采用锤击的方法 5)焊后消除应力
3.2 焊接变形
1、焊接变形的形式
（1）收缩变形（contraction deformation） （2）角变形（angular deformation） （3）弯曲变形（curving deformation） （4）波浪变形（waviness deformation） （5）扭曲变形（twist deformation）
一、焊接裂纹 焊接裂纹主要有： 热裂纹，冷裂纹，再热裂纹，层状撕裂，腐蚀裂纹 1、热裂纹（hot crack） 焊接或液态成形过程中，在高温阶段产生的开裂现象， 多发生在固相线附近，所以称为“热裂纹”。 热裂纹可分为：凝固裂纹，液化裂纹和高温失稳裂 纹。
1）热裂纹的形成条件及其特征
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华中科技大学材料学院 教师：吴树森，柳玉起，余圣甫等
编辑ppt
1
第一篇 液态成形理论基础
• 第一章 • 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 • 第六章
液态成形理论基础 液态成形中的流动和传热 液态金属的凝固形核及生长方式 单相合金与多相合金的凝固 铸件凝固组织的形成与控制 特殊条件下的凝固
编辑ppt
4
水凝结成雪花晶体
编辑ppt
5
*
Schematic of thermoplastic Injection molding machine
塑料注射成型后的凝固
编辑ppt
6
液体金属 （钢水） 浇注后凝 固成固体
金属
编辑ppt
7
主要研究（学习）内容
（1）液体金属的性质 （2）晶体的生核和长大——凝固热力学及动力学 （3）凝固过程中的“三传” （4）具体合金的结晶方式——单相结晶、共晶 （5）零件的组织控制、缺陷防止
（气孔、夹杂、缩孔、缩松）
理论基础
物理化学、金属学、传热学、传质学和动量 传输学。
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研究内容
液态金属的结构和性质、晶体的生核和长大、 宏观组织及其控制、凝固缺陷的成因及防止方法。
影响液态金属凝固过程的最主要因素是化学成 分。
第二个主要的因素是凝固速度。这是一个重要 的外在的工艺因素。
液态金属的结构和性质、冶金处理（如孕育、 球化、变质等）、外力（如电磁力、离心力、重力 等）也能对凝固过程产生重大的影响。
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凝固技术发展历程
最古老的艺术、技术之一 —— 冶铸技术 合金配制、凝固控制、组织控制
我国在夏朝已进入青铜器时代。商朝青铜器铸造已 很发达。司母戊方鼎是当时最大的青铜器。图案、文字 俱全,铸造相当精美。 曾候乙青铜器编钟，是距今2400 多年前战国初期铸造的。
战国时期的《考工记》记载：“金有六齐：六分其 金，而锡居其一，谓之钟鼎之齐；五分其金，而锡居其 一，谓之斧斤之齐；四分其金，而锡居其一，谓这戈戟 之齐；三分其金，而锡居其一，谓之大刃之齐；五分其 金，而锡居其二，谓之削杀矢之齐；金，锡半，谓之鉴 燧之齐”。是世界上最早的合金配比规律。
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20世纪60年代后，研究的重点在经典理论的应用， 出现了快速凝固、定向凝固、等离子熔化技术、激光表 面重熔技术、半固态铸造、扩散铸造。调压铸造等凝固 技术和材料成型方法。
其后，对凝固过程的认识逐渐从经验主义中摆脱出 来。大野笃美提出了晶粒游离和晶粒增殖的理论。通过 计算机定量地描述液态金属的凝固过程，对凝固组织和 凝固缺陷进行预测，在此基础上，出现了许多新的凝固 理论和模型。它们将温度场、应力场、流动场耦合起来 进行研究，其结果更接近于实际。国际国内已出现了许 多商品化的凝固模拟软件，它们在科研和生产中发挥着 重要作用。
液态比其从室温加热至熔点的熵变要小。 熵值变化是系统结构紊乱性变化的量度。 金属由固态变为液态熵值增加不大，说明 原子在固态时的规则排列熔化后紊乱程度 不大。这也间接说明液态金属的结构应接 近固体金属而远离气态金属。原子之间仍 然具有很高的结合能。
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X射线衍射分析 图1-5是由X射线衍射结果整
在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频率约为1013 次/s。
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液态金属
液态金属中的原子和固态时一样， 均不能自由运动，围绕着平衡结点位 置进行振动，但振动的能量和频率要 比固态原子高几百万倍。
液态金属宏观上呈正电性，具有 良好导电、导热和流动性。
固体可以是非晶体也可以是晶体， 而液态金属则几乎总是非晶体 。
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第一章 液体金属的结构和性质 （Structure and Property of
Liquid Metal)
凝固：物质从液态转变成固态的相变过程。 主要研究对象——液体金属
液态金属凝固学就是研究液态金属转变
成固态金属这一过程的理论和技术。包括定
性和定量地研究其内在联系和规律；研究新
的凝固技术和工艺以提高金属材料的性能或
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§1-1 材料的固液转变
H2O的 “三态”转变
图1-2 H2O的压编力辑－pp温t 度相图
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固态金属
按原子聚集形态分为晶体与非晶体。
晶体
凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。
单晶体
在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体
多晶体
大多数金属通常是由Байду номын сангаас向不同的小单晶（晶粒）组成，属 于多晶体。
开发新的金属材料成型工艺。
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凝固现象的广泛性：
自然界的物质通常存在三种状态，即 气态、液态和固态。在一定的条件下，物 质可以在三种状态之间转变。物质从液态 转变成固态的过程就是凝固。这是从宏观 上的定义。从微观上看，可以定义为物质 原子或分子从较为激烈运动的状态转变为 规则排列的状态的过程。
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液态金属的热物理性质
1.体积变化 金属熔化，由固体变成液体时，比容仅增加
3%～5%。即原子间距平均只增大1%～1.5％，这 说明原子间仍有较大的结合能。液态原子的结构 仍有一定的规律性。
2．潜热 熔化潜热一般只有升华热的3%～7%，即熔
化时原子间的结合能仅减小了百分之几。见表1-1
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凝固学与材料成形
液态成形：凝固过程对铸件的质量起着关键的作用。 连接成形：焊接的质量在很大程度上由焊缝的凝固特 性来决定，研究焊缝的凝固规律已成为重要的理论课题。 塑性成形：与液态金属凝固无直接关系，但有重要的 间接关系。凝固组织，特别是凝固过程中形成的夹杂、裂 纹、偏析等对塑性成形会造成严重的后果。 金属切削：成形所用的坯料，都是熔化和凝固后的产 品。 粉末成形：是冶金学的一个分支，粉末是经熔化和凝 固而成的。
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表1-1 一些金属在熔化和汽化时的热物性质变化
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这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结合键 只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化熵相对 于固态时的熵值有较多的增加，表明液态中原子热 运动的混乱程度，与固态相比有所增大。
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§2-2 液态金属的结构与分 金属由熔点温度析的固态变为同温度的
理而得的原子密度分布曲 线。
横坐标为观测点至某一任 意选定的原子（参考中心） 的距离，对于三维空间， 它相当于以所选原子为球 心的一系列球体的半径。